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李少谦等著 著

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118108637

商品编码：12922032389

丛书名： 无线通信前沿技术丛书"十二五"国家重点出版规划丛书

开本：16开

出版时间：2016-01-01

页数：150

字数：224000

作  者:李少谦 等 著 定  价:69 出 版 社:国防工业出版社 出版日期:2016年01月01日 页  数:150 装  帧:平装 ISBN:9787118108637 ●第1章太赫兹通信技术概论
●1.1太赫兹波简介
●1.1.1太赫兹波概述
●1.1.2国内外太赫兹研究现状
●1.1.3太赫兹波的应用
●1.2太赫兹通信的应用背景与发展形势
●1.2.1太赫兹通信的应用背景
●1.2.2太赫兹通信的发展形势
●1.3太赫兹通信的技术特色与应用场景
●1.3.1太赫兹通信的技术特色
●1.3.2太赫兹通信的应用场景
●1.4太赫兹通信系统分类
●1.4.1太赫兹发射子系统分类
●1.4.2太赫兹接收子系统分类
●参考文献
●第2章太赫兹波传输特性和信道模型分析
●2.1太赫兹波大气传输特性
●2.1.1太赫兹波大气衰减原理
●2.1.2太赫兹波大气衰减计算模型
●2.2太赫兹波信道特性分析
●部分目录

内容简介

太赫兹通信技术极具应用前景，太赫兹频段尚有巨大的频谱资源拟待开发。与当今相对成熟的红外光技术和微波技术相比，太赫兹通信具有传输速率高、方向性好、安全性高、散射小、穿透性强等优势。《太赫兹通信技术导论》立足当前太赫兹通信领域的发展现状，详细介绍了太赫兹波传输特性和信道模型分析、太赫兹通信系统信号产生和探测、基于电子学方法的太赫兹通信系统、太赫兹直接调制技术等内容。《太赫兹通信技术导论》既可供从事太赫兹通信领域研究的科研人员及相关领域的工程技术人员学习参考，也可作为高等院校通信与信息系统、通信与电子工程等专业师生的参考用书。 李少谦 等 著 李少谦，电子科技大学教授、博士生导师，通信抗干扰技术重点实验室主任。学位委员会通信学科评议组成员，教育部科技委信息学部委员，国家新一代宽带移动通信网重大专项实施方案编制专家组成员，国家科技部FuTUTRE计划总体组成员，主要研究方向为无线与移动通信技术、抗干扰通信技术。
陈智，电子科技大学教授，博士生导师。1997年，2000年，2006年在电子科技大学分别获学士学位，硕士学位和博士学位，专业方向为通信与信息系统。主要研究方向：无线与移动通信、无线通信网络、通信抗干扰技术，发表学术论文80余篇，其中SCI检索30篇，获得2013年IEEE Globecom论文奖。近年来，主持等

《太赫兹通信技术导论》图书简介 前言 在信息爆炸的时代，数据传输速率的需求呈指数级增长，传统无线通信技术正面临着频谱拥挤和带宽瓶颈的严峻挑战。为了突破这一瓶颈，科学家们将目光投向了此前鲜为人知的太赫兹（Terahertz, THz）频段。太赫兹波，即频率介于300 GHz到10 THz之间的电磁波，因其拥有极其充裕的频谱资源和极高的带宽潜力，被誉为“21世纪的科学前沿”和“终极的信息高速公路”。《太赫兹通信技术导论》旨在为读者系统性地介绍这一新兴且充满活力的通信技术领域，从基础理论到前沿应用，提供一个全面深入的视角。 本书并非是一次简单的技术堆砌，而是试图构建一个逻辑清晰、层层递进的学习路径。我们将从太赫兹波的物理特性出发，探讨其在电磁波谱中的独特地位，以及由此衍生的传播特性和与物质的相互作用。随后，深入分析实现太赫兹通信所必需的关键技术，包括太赫兹波的产生、探测、调制解调、天线设计以及信号处理等。最后，我们将目光聚焦于太赫兹通信的广泛应用前景，展望其在超高速无线通信、成像、传感、生物医学等领域的巨大潜力。 本书的编写团队汇聚了在太赫兹领域深耕多年的资深研究人员和工程师，他们将各自的学术造诣和实践经验融入书中，力求做到理论的严谨性与内容的实用性兼顾。我们希望通过这本书，能够激发更多学子和科研人员对太赫兹通信技术的兴趣，为该领域的进一步发展贡献一份力量。 第一章：太赫兹波基础 本章将为读者打下坚实的理论基础，深入解析太赫兹波的本质及其在电磁频谱中的独特性。 1.1 电磁波谱与太赫兹频段的划分 我们将首先回顾整个电磁波谱的构成，从无线电波、微波、红外线、可见光到紫外线、X射线和伽马射线。在此基础上，清晰界定太赫兹频段（300 GHz – 10 THz）的范围，并阐述为何这一频段长期以来被视为“太赫兹空隙”（THz Gap），即在技术发展上相对滞后的区域。我们将探讨这一“空隙”形成的自然科学原因以及早期技术发展的历史背景。 1.2 太赫兹波的物理特性 1.2.1 频率与波长特性 详细介绍太赫兹波的典型频率范围和对应的波长，并解释频率与波长之间的反比关系。我们将讨论不同频率下太赫兹波的传播特性差异，例如在大气中的吸收和散射效应。 1.2.2 能量特性 探讨太赫兹波的光子能量，并将其与可见光、红外线等进行比较。这将有助于理解太赫兹波与物质相互作用的机制，例如激发分子的振动和转动能级。 1.2.3 穿透性 分析太赫兹波相对于其他电磁波在不同介质中的穿透能力。例如，与可见光和红外线不同，太赫兹波可以穿透衣物、塑料、纸张等非金属材料，但会被水和金属强烈吸收。我们将深入分析造成这种差异的物理根源。 1.2.4 相对论效应与量子效应 在适用的范围内，简要介绍在极高频率下可能出现的相对论效应和量子效应，为更深入的理论研究奠定基础。 1.3 太赫兹波与物质的相互作用 1.3.1 吸收光谱 详细阐述太赫兹波与物质分子、原子、晶格振动之间的相互作用，尤其是其在探测物质成分和结构方面的潜力。我们将介绍太赫兹吸收光谱的原理，以及如何利用其识别特定物质，例如爆炸物、药物、农药等。 1.3.2 反射与透射 分析太赫兹波在不同材料界面上的反射和透射现象，以及这些现象在成像和传感应用中的意义。我们将讨论材料的介电常数和导电率等参数对太赫兹波行为的影响。 1.3.3 散射 研究太赫兹波在大气、颗粒物等介质中的散射机制，分析散射对信号传输的影响，并探讨如何利用散射原理进行遥感和探测。 1.4 太赫兹波在电磁频谱中的应用意义 综合以上特性，本节将概述太赫兹波所独具的优势，例如其适中的穿透性、独特的分子指纹信息以及巨大的带宽潜力，为后续章节探讨其在通信、成像、传感等领域的应用价值做好铺垫。 第二章：太赫兹波的产生与探测 实现太赫兹通信，首先需要能够高效地产生和精确地探测太赫兹波。本章将重点介绍当前主流的太赫兹波产生与探测技术。 2.1 太赫兹波的产生技术 2.1.1 基于半导体器件的产生技术 2.1.1.1 固态电子学方法 详细介绍基于半导体二极管（如PIN二极管、肖特基二极管）、雪崩二极管、谐振隧穿二极管（RTD）等器件的太赫兹波产生原理。分析这些方法的优缺点，例如工作频率、输出功率、集成化程度等。 2.1.1.2 光学电子学方法 深入讲解利用光电导开关（Photoconductive Switch, PCS）和光电混频（Photomixing）技术产生太赫兹波的原理。特别是光电导开关，它利用飞秒激光脉冲照射半导体材料产生瞬态光电流，从而辐射出太赫兹波。光电混频则通过两个频率相近的激光进行拍频产生太赫兹波。我们将讨论激光器类型、半导体材料选择以及器件设计对太赫兹波产生效率的影响。 2.1.2 基于非线性光学效应的产生技术 2.1.2.1 光参量振荡器（OPO） 介绍利用非线性晶体（如LiNbO3, BBO等）将泵浦光频率转化为太赫兹波的原理。分析不同晶体材料的非线性系数、泵浦波长以及腔体设计对太赫兹波输出功率和频率调谐范围的影响。 2.1.2.2 拉曼光谱（Raman Spectroscopy） 简要介绍利用拉曼散射效应产生太赫兹波的可能性，并分析其在特定应用中的潜力。 2.1.3 其他产生技术 简要提及一些新兴的或处于研究阶段的太赫兹波产生技术，例如基于自由电子激光器（FEL）、同步辐射等。 2.2 太赫兹波的探测技术 2.2.1 基于电子学方法的探测技术 2.2.1.1 肖特基二极管探测器 介绍肖特基二极管在高频段的响应特性，及其作为太赫兹波探测器的基本原理。分析其灵敏度、响应速度等关键性能指标。 2.2.1.2 结型场效应晶体管（JFET）和金属-半导体-金属（MSM）探测器 探讨这些器件在高频段的探测能力，以及其在微型化和集成化方面的优势。 2.2.2 基于光学方法的探测技术 2.2.2.1 光电导天线（Photoconductive Antenna, PCA） 详细讲解利用飞秒激光脉冲触发的光电导材料（如GaAs, ZnTe等）来探测太赫兹波的原理。分析不同半导体材料、激光参数和天线结构对探测灵敏度和带宽的影响。 2.2.2.2 非线性晶体探测器 介绍利用非线性光学效应（如二次谐波产生）来探测太赫兹波的原理，并分析其在高功率探测方面的应用。 2.2.3 基于热效应的探测技术 2.2.3.1 焦电探测器 介绍焦电晶体（如LiTaO3）对太赫兹波的吸收和产生的电荷效应，以及其在宽带、低噪声探测方面的应用。 2.2.3.2 热电偶和热敏电阻 简要介绍这些传统热探测器在太赫兹波探测中的应用，并分析其局限性。 2.2.4 其他探测技术 提及一些基于量子效应、化学反应等的新型探测技术，展望未来发展方向。 2.3 产生与探测技术的集成与优化 本节将讨论如何将产生和探测技术进行有效集成，例如构建太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统。同时，也将探讨当前技术在效率、带宽、输出功率、集成度、成本等方面的挑战，以及未来的优化方向。 第三章：太赫兹通信系统设计 本章将深入探讨设计和实现一个完整的太赫兹通信系统所涉及的关键技术和面临的挑战。 3.1 太赫兹通信的频段划分与频谱规划 分析当前国际上对太赫兹频段的划分和潜在的通信应用。我们将讨论不同频段（如100-300 GHz, 300 GHz-1 THz, 1-10 THz）的特点及其适用的通信场景，并探讨频谱分配和使用的策略。 3.2 太赫兹波的传播特性与衰减模型 3.2.1 大气衰减 详细分析水蒸气、氧气等气体分子对太赫兹波的吸收特性，并建立相应的衰减模型。我们将讨论不同湿度、温度、气压等环境因素对信号传播的影响，以及如何选择合适的频率窗口以减小吸收损耗。 3.2.2 自由空间路径损耗 解释自由空间传播引起的功率损耗，并提供计算公式。 3.2.3 散射与衍射 研究太赫兹波在雨、雪、雾、烟尘等介质中的散射效应，以及其对信号传输质量的影响。同时，探讨太赫兹波的衍射特性，例如在障碍物边缘的绕射能力。 3.2.4 反射与多径效应 分析太赫兹波在建筑物、地面等表面的反射，以及由此产生的多径效应，探讨其对通信系统性能的影响。 3.3 太赫兹天线技术 3.3.1 天线阵列 介绍平面天线阵列（如Patch天线阵列、微带天线阵列）在太赫兹频段的设计和实现。我们将讨论天线单元的设计、馈电网络、波束形成技术（Beamforming）以及相控阵列在提高增益和方向性方面的作用。 3.3.2 喇叭天线与抛物面天线 分析这些传统高增益天线在太赫兹波段的应用，并讨论其在远距离通信中的优势。 3.3.3 光子晶体天线与超材料天线 介绍基于新型材料和结构设计的天线，例如利用光子晶体效应或超材料实现高性能的太赫兹天线，并分析其在小型化、宽带化方面的潜力。 3.3.4 天线设计中的挑战 讨论在太赫兹频段下，天线制造精度、损耗、集成化等方面的挑战，以及如何通过仿真和优化技术来克服。 3.4 调制解调与编码技术 3.4.1 模拟调制技术 介绍幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）等模拟调制方式在太赫兹通信中的应用，并分析其优缺点。 3.4.2 数字调制技术 深入探讨正交幅度调制（QAM）、移相键控（PSK）、频率键控（FSK）等数字调制技术在太赫兹通信中的应用。我们将重点关注高阶调制技术如何提高频谱效率，以及其对信号处理复杂度的要求。 3.4.3 编码与译码 介绍前向纠错（FEC）编码（如LDPC码、Turbo码）和信道编码在提高通信可靠性和鲁棒性方面的作用。 3.4.4 信号处理技术 讨论均衡、干扰抑制、载波同步等信号处理算法在太赫兹通信系统中的应用，以及其对计算能力的要求。 3.5 系统架构与链路预算 3.5.1 太赫兹通信系统的整体架构 绘制并分析典型的太赫兹通信系统框图，包括发射端、接收端以及关键的模块划分。 3.5.2 链路预算分析 讲解如何进行太赫兹通信链路预算，计算信噪比（SNR）、误比特率（BER）等性能指标。我们将重点分析各种衰减因素对链路预算的影响，并提出优化策略。 第四章：太赫兹通信技术的前沿应用 本章将展望太赫兹通信技术在各个领域的广阔应用前景，并介绍一些前沿的研究和发展动态。 4.1 超高速无线通信 4.1.1 无线接入网（Wireless Access Networks） 探讨太赫兹通信在构建下一代无线接入网中的作用，例如实现Tbps级别的用户接入速率，满足VR/AR、8K视频等高带宽业务的需求。 4.1.2 无线骨干网（Wireless Backhaul） 分析太赫兹通信作为光纤网络的无线替代方案，解决“最后一公里”光纤部署难题，实现超高容量的点对点无线链路。 4.1.3 数据中心内部互连 阐述太赫兹通信在数据中心内部，服务器之间、交换机之间的超高速短距离互连中的应用，突破传统电缆带宽瓶颈。 4.1.4 移动通信（Beyond 6G） 展望太赫兹通信在未来移动通信网络（如6G甚至更高代际）中的关键作用，实现全息通信、万物智联等颠覆性应用。 4.2 太赫兹成像与传感 4.2.1 安全检查与无损检测 介绍太赫兹成像在机场安检、海关检查、工业无损检测等领域的应用，其能够穿透衣物、包装材料，探测隐藏的武器、违禁品，以及检测材料内部缺陷。 4.2.2 生物医学成像 探讨太赫兹成像在皮肤癌检测、牙科成像、组织表征等方面的潜力，其对水和生物组织的穿透特性使其在生物成像中具有独特优势。 4.2.3 物质成分分析与遥感 利用太赫兹光谱技术进行爆炸物、毒品、药物、农药等物质的快速、无损识别，以及在环境监测、食品安全等领域的遥感应用。 4.3 其他潜在应用领域 4.3.1 科学研究 在天文学、粒子物理学、凝聚态物理学等领域，太赫兹波作为重要的观测和研究工具。 4.3.2 频谱监测与干扰探测 利用太赫兹波的特性进行高精度频谱监测和干扰源定位。 4.3.3 工业自动化与机器人 太赫兹传感和通信在工业机器人导航、物料跟踪、精密测量等方面的应用。 4.4 太赫兹通信技术面临的挑战与未来发展趋势 总结当前太赫兹通信技术在器件效率、功率输出、集成度、功耗、成本、标准化以及传播环境适应性等方面的挑战。展望未来，我们将探讨新型材料（如石墨烯、二维材料）、智能反射面（RIS）、人工智能（AI）与太赫兹通信的融合、以及相关标准化的进展，描绘太赫兹通信技术未来的发展蓝图。 结语 《太赫兹通信技术导论》力求为读者呈现一个完整、深入且富有前瞻性的太赫兹通信技术图景。我们相信，随着技术的不断成熟和应用场景的持续拓展，太赫兹通信必将成为信息社会发展的重要驱动力。希望本书能成为您探索这一激动人心领域的有益伙伴。

评分☆☆☆☆☆

我是一位在通信领域深耕多年的工程师，多年的实践让我深切体会到现有通信技术在带宽、速率上的瓶颈。《太赫兹通信技术导论》这本书的出现，可以说为我提供了一个突破性的视角。书中的内容，从基础理论的梳理到前沿技术的解析，都非常有条理。我特别对书中关于太赫兹波段频谱资源优势的论述印象深刻，这为解决未来日益增长的数据需求提供了理论依据。同时，作者在分析太赫兹通信面临的挑战，如传播距离受限、功耗问题以及现有设备成本高等方面的探讨，也十分深入。但令人欣慰的是，书中也详细介绍了当前和未来可能出现的解决方案，包括新型材料的应用、高效能器件的研发以及智能信号处理算法的优化等。这些内容让我看到了克服困难的可能性，也为我在实际工作中寻找技术突破点提供了重要的参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，可以说是我在科研道路上的一场及时雨。一直以来，我对信息传输的极限充满好奇，而太赫兹波段，无疑是连接当前通信技术与未来无限可能的一片未知疆域。阅读《太赫兹通信技术导论》的过程，就像是在进行一场知识的探险。作者以一种极其严谨但又不失生动的笔触，为我勾勒出了太赫兹通信的宏伟蓝图。从物理原理的细致阐述，到关键技术的研究进展，再到实际应用场景的深度剖析，无不展现出作者深厚的学术功底和独到的见解。特别是一些对于太赫兹波传播特性、器件损耗的讨论，以及如何克服这些挑战的创新思路，让我受益匪浅。书中对新型调制解调技术、天线设计和信号处理算法的介绍，也为我提供了新的研究方向和灵感。总而言之，这本书不仅仅是一本技术手册，更是一本激发创新思维的启迪之作，它让我对太赫兹通信的未来充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

在学习通信领域的过程中，我一直对那些能够颠覆现有格局的新技术抱有浓厚的兴趣。《太赫兹通信技术导论》这本书，恰好满足了我对未知领域探索的渴望。这本书的叙述方式，并非简单地罗列技术名词，而是试图构建一个完整的知识体系。从太赫兹波的产生机理，到它在不同介质中的传播行为，再到其在通信系统中的实现方式，都进行了细致的描述。我特别欣赏作者在探讨太赫兹通信的潜力和应用时，所展现出的前瞻性。书中所提及的诸如超高带宽、超低时延等特性，预示着下一代通信网络的巨大变革。书中对现有研究成果的梳理，以及对未来发展趋势的预测，让我对太赫兹通信的未来充满了乐观的期待。这本书不仅仅是一本技术专著，更像是一幅描绘未来通信画卷的蓝图。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对前沿科技充满热情的技术爱好者，我一直关注着通信技术的最新发展。《太赫兹通信技术导论》这本书，无疑为我打开了一扇通往未来通信世界的大门。书中的内容，从最初的原理介绍，到各种关键技术的讲解，都做得相当到位。我尤其欣赏作者在解释一些复杂概念时所采用的类比和图示，让原本晦涩难懂的物理现象变得生动形象。例如，在介绍太赫兹波的散射和吸收特性时，作者通过生动的比喻，让我能够直观地理解这些因素对通信质量的影响。此外，书中对于太赫兹器件（如THz发射器、接收器和探测器）的介绍，也为我提供了对未来通信硬件设施的基本认知。这本书不仅仅是技术知识的堆砌，更重要的是它能够激发读者对于这个领域的兴趣，让我开始思考太赫兹通信在各个领域的潜在应用，比如超高速数据传输、高分辨率成像，甚至生物医学传感等。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，让我对信息传输的边界有了更深层次的认识。作者在《太赫兹通信技术导论》中，以一种非常宏观的视角，带领读者进入太赫兹波段的奇妙世界。从物理学的基本原理出发，循序渐进地揭示了太赫兹波独特的电磁特性，以及这些特性如何在通信领域发挥关键作用。书中对于太赫兹通信系统架构的设计，以及各种关键技术模块的实现，都进行了详细的讲解。我特别欣赏作者对于实际应用场景的分析，比如在高速移动通信、物联网以及安全检测等领域的潜在价值，这些分析让我能够更清晰地认识到太赫兹通信技术的重要性。此外，书中对当前面临的挑战，如器件集成度、功耗控制以及标准制定等方面的探讨，也展现了作者对该领域发展现状的深刻理解。